Chi phí thấp, đo độ sâu nước chính xác vừa phải

tl; dr: Sau một cuộc trò chuyện kéo dài với đồng hồ bấm giờ cũ, tôi nhận ra một vài điều:

1. Phép đo có giá trị nhất đối với đa số mọi người sẽ là độ sâu của nước.
2. Giá trị thứ hai sẽ là nước chảy từ giếng.
3. Giải pháp "bọt khí" được thảo luận dưới đây có một điểm yếu lớn khác (ngoài sự yếu kém của máy bơm không khí): việc đưa oxy vào nước giếng sẽ gây ra sự hình thành oxit, dẫn đến sự xâm lấn khoáng chất không chỉ mở ống, mà còn mở rộng tất cả các cách lên đến bên trong bất cứ nơi nào mức độ bình thường của nó sẽ được. Anh ta biết bởi vì anh ta đã phải đối phó với một cái gì đó gần như chính xác và đó là một trở ngại lớn. Ống kích thước lớn hơn sẽ làm chậm quá trình, nhưng cuối cùng ống sẽ bị chặn.
4. Chúng tôi đang xem xét lại giải pháp sử dụng bàng quang trong bể có cảm biến áp suất chênh lệch. Ông đã có những ý tưởng cụ thể về cách làm điều này nghe có vẻ khả thi (nhưng vẫn còn một số chi tiết cần xử lý).
5. Ồ, và anh ấy đã giải quyết vấn đề xe tăng trong khoảng 10 giây. Đặt một cảm biến áp suất trên đường ống từ bể đến bơm áp lực. Bỏ qua các đột biến xảy ra khi máy bơm hoạt động, và chúng tôi có chính xác áp suất đọc mà chúng tôi muốn với các cảm biến rẻ tiền, được hiểu rõ. Sheesh! Rõ ràng là một khi anh ấy nói tôi gần như tự đá mình.

Tôi cảm ơn tất cả các bạn cho ý tưởng và phân tích của bạn. Nếu bất cứ ai thú vị khi thấy dự án mở ra như thế nào, hãy để mắt đến waterunderground.net . Hiện tại nó khá trống rỗng, nhưng sẽ có nhiều nội dung hơn trong một tháng hoặc lâu hơn.

Backstory

Tôi đang thiết kế một hệ thống giám sát sử dụng nước và giếng nguồn mở cho người dân ở Bắc California. Mục tiêu là để có thể đo lưu lượng nước từ giếng đến bể, bể đến nhà và bể đến tưới, cộng với theo dõi độ sâu của nước trong bể và giếng. Chi phí bộ phận mục tiêu hiện tại của chúng tôi là dưới 200 đô la cho một hệ thống bao gồm CPU, 3 cảm biến lưu lượng và 2 cảm biến áp suất, mặc dù chúng tôi nghĩ rằng chúng tôi có thể có được nó gần hơn 100 đô la sau một vài lần lặp lại thiết kế.

Chúng tôi dường như đã giải quyết được phần cảm biến lưu lượng khi cuối cùng chúng tôi có nhà cung cấp bộ điều hợp trượt Nữ G1 => US 1 "để tích hợp cảm biến hiệu ứng Hall giá rẻ vào môi trường đường ống tiêu chuẩn của Hoa Kỳ. Giải pháp đo độ sâu không đơn giản như vậy.

Tôi đang yêu cầu kiểm tra sự tỉnh táo về lý do của tôi ở đây trước khi tôi đi và bắt đầu mua những thứ sai, cả về kích cỡ, loại hoặc hoàn toàn.

Báo cáo vấn đề

Tôi cần một cách chi phí thấp để đo độ sâu của 2 cột nước với độ chính xác vừa phải, giả sử +/- 5%. Mặc dù tài sản riêng của chúng tôi là trang Alpha 1, chúng tôi muốn một giải pháp mở rộng hoặc giảm xuống cho các thuộc tính khác có nhu cầu tương tự.

Chúng ta có:

1. Một bể chứa 3.000 gal đó là khoảng. 8,5 'nước khi đầy. Các xe tăng khác có chiều cao tương tự +/- 5 '.
2. Một giếng nước. Giếng riêng của chúng tôi là 75 'sâu w / 37' nước. Các giếng khác trong khu vực nông đến 30 'w / 15' nước, hoặc sâu tới 300 'w / 70+' nước.

Chúng tôi có các tiêu chí sau:

1. Không quá 30 đô la cho bể và (hy vọng) không quá 50 đô la cho giếng. Chi phí thấp hơn sẽ là tuyệt vời.
2. Giải pháp phải tích hợp theo một cách nào đó (handwave) với Arduino, BeagleBone Black hoặc bộ điều khiển chi phí thấp tương tự.
3. Việc đọc liên tục là mong muốn, nhưng điều gì đó kích hoạt cứ sau 15, 30 hoặc <sao> phút sẽ được chấp nhận.
4. Không có hệ thống điện tử / điện trong giếng hoặc bể.
5. Không có kim loại trong giếng hoặc bể chứa, ngoại trừ vật liệu có thể được sử dụng để cân các ống đi xuống nước.
6. Giải pháp nên hoạt động tốt một cách hợp lý (không có ý định chơi chữ) đối với các giếng từ 35 'sâu w / 15' nước, cho đến giếng 300 'sâu w / 60 +' nước.

Trong số một số giải pháp được xem xét cho đến nay, ứng cử viên hàng đầu hiện tại của chúng tôi là một "bong bóng", như được mô tả trong bài viết này :

Một cảm biến mức bọt khí được thể hiện trong Hình 3. Một ống nhúng có đầu mở gần đáy tàu mang khí thanh lọc (thường là không khí, mặc dù khí trơ như nitơ khô có thể được sử dụng khi có nguy cơ nhiễm bẩn hoặc một phản ứng oxy hóa với chất lỏng quá trình) vào bể. Khi khí chảy xuống đầu ra của ống nhúng, áp suất trong ống tăng lên cho đến khi vượt qua áp suất thủy tĩnh được tạo ra bởi mức chất lỏng ở đầu ra. Áp suất đó bằng với mật độ của chất lỏng trong quá trình nhân với độ sâu của nó từ đầu ống nhúng đến bề mặt và được theo dõi bởi một bộ chuyển đổi áp suất nối với ống.

Chúng tôi đang lên kế hoạch sử dụng:

1. Một ống kết thúc mở 1/4 "đến 3/8" có trọng lượng (hoặc tốt hơn nữa, được buộc bằng dây kéo vào ống lên) để treo một khoảng cách ngắn phía trên đáy (chúng ta có thể đến gần trong bể, nhưng giếng có xu hướng phù sa vì vậy sẽ trong một vài feet). Ống nhỏ xuống là một điểm mạnh ủng hộ phương pháp này vì hầu như không có gì đi vào giếng.
2. Một số nguồn (giá rẻ) đủ áp suất không khí (300+ kPa) để thổi tất cả nước ra khỏi ống trong giếng. Khi giá trị từ các cao nguyên cảm biến, điều đó có nghĩa là chúng ta đang thổi bong bóng và chúng ta có thể chuyển đổi áp suất thành chân nước.
3. Ở đầu, chúng tôi đặt ống vào một cảm biến áp suất chênh lệch, chẳng hạn như Freescale MPX5500DP , có thể xử lý lên đến 500 kPa, có nghĩa là khoảng. 160 'nước. Họ có một cái chính xác hơn một chút (loạt 5100) cho các cột ngắn hơn, chẳng hạn như trong bể. Chúng tôi đã chọn cảm biến vi sai để cho phép thay đổi áp suất khí quyển.
4. Các chi tiết cụ thể của Arduino bật / tắt máy bơm không khí vẫn chưa được quyết định, nhưng tôi tin rằng nó sẽ đơn giản một khi chúng ta biết loại máy bơm nào chúng ta đang cố gắng kiểm soát.

Lưu ý: mặc dù chúng ta có thể dễ dàng hiệu chỉnh việc đọc từ cảm biến bể, giếng có thể có vấn đề hơn. Trong trường hợp của chúng tôi, chúng tôi có cách sử dụng đường thả để đo trực tiếp độ sâu giếng và chiều cao cột nước, trong trường hợp khác, điều này có thể khó khăn.

Câu hỏi

• Có bất cứ điều gì về phương pháp này là thiếu sót cơ bản?
• Liệu nhiệt độ thay đổi (chủ yếu trong bể, không nhiều trong giếng) sẽ tạo ra sự khác biệt thực sự ở đây?
• Khác với thể tích không khí cần thiết cho các đường kính khác nhau của ống, một máy bơm sẽ phải làm việc nhiều hơn để đạt được áp suất nhất định nếu chúng ta sử dụng ống xuống lớn hơn hoặc nhỏ hơn?

Cập nhật để trả lời câu hỏi:

Người dùng null hỏi nếu có sự dư thừa không cần thiết trong hệ thống; Độ sâu trong bể sẽ không đủ? Không hẳn vậy. Mỗi phép đo cung cấp cho chúng tôi một số thông tin mà những người khác không có. Mặc dù có một số trùng lặp trong những gì đang được đo lường, tôi thấy đó là cơ hội để kiểm tra độ tỉnh táo trên hệ thống.

Ví dụ, nếu dòng chảy đo được từ giếng không có mối tương quan khá chặt chẽ (bị dịch chuyển theo thời gian vì bể) với dòng chảy kết hợp vào nhà và hệ thống tưới tiêu, thì có gì đó không ổn.

Kết hợp biểu đồ dòng chảy từ giếng với biểu đồ độ sâu của nước giếng có thể cung cấp thông tin quan trọng về tốc độ nạp lại của giếng . Nếu việc nạp tiền bị giảm, thì chúng ta sẽ gặp một số rắc rối nghiêm trọng .

Cuối cùng, nếu độ sâu nước giếng của chúng ta giảm xuống và chúng ta không sử dụng lượng nước đó nhiều thì điều đó có nghĩa là một trong những người hàng xóm của chúng ta, nói rằng vườn nho rộng 300 mẫu Anh khoảng 1/2 dặm trên đồi, đang bơm quá mức. Thật không may, California là tiểu bang duy nhất không có bất kỳ quy định nào về nước dưới mặt đất, vì vậy chúng tôi không thể ngăn chặn chúng, chỉ sẵn sàng đặt mua một lượng nước 3.500 gallon với giá 175 đô la một pop.

Một giải pháp thay thế có thể là một con chip khí áp được đặt trong một thùng chứa không thấm nước có màng, được cân xuống để nghỉ ngơi ở phía dưới.

Một mạch phong vũ biểu cho Arduino có sẵn từ Adaf nhung với giá dưới 10 đô la. Nếu bạn đi cho chip độc lập, bạn có thể giảm giá hơn nữa. Nó giao tiếp qua I2C, vì vậy bạn cũng có thể đính kèm nó vào BeagleBone. Đau đầu nhất của bạn bây giờ là một vỏ bọc hoàn toàn không thấm nước nhưng không cách ly bên trong khỏi sự thay đổi áp suất - một số loại màng linh hoạt sẽ là cần thiết.

Độ chính xác sẽ bị ảnh hưởng phần nào bởi thời tiết (áp suất không khí) với độ chính xác khoảng +/- 0,5m mặc dù nó có thể bị vô hiệu hóa bằng áp kế thứ hai trên bề mặt, đo áp suất không khí.

Như thường lệ, thiết bị sẽ cần được hiệu chỉnh trong phần mềm, bằng cách nhấn chìm nó đến hai độ sâu đã biết và ghi lại các giá trị đọc thành các điểm cố định, để nó ngoại suy từ đó.

Đo nước trong các kênh mở là một yếu tố cơ bản của bảo tồn nước. Với nhu cầu ngày càng tăng đối với các kỹ thuật quản lý nước được cải thiện, có một nhu cầu nghiêm trọng đối với các thiết bị đo nước chính xác và chi phí thấp như đồng hồ đo lưu lượng và cảm biến Mức chất lỏng.

Kể từ khi phát triển máng Parshall, các nỗ lực đã được thực hiện để đơn giản hóa việc xây dựng và cải thiện độ chính xác của các thiết bị đo nước trong các kênh mở.

Flume tròn là một thiết bị thích hợp để đo lưu lượng qua các luống vì hình tròn của nó phù hợp với hình dạng tự nhiên của một luống, làm giảm khả năng dòng chảy xung quanh máng. Thiết bị này cũng đã được sử dụng thành công trong các kênh lót và không lót.

Chi phí cao đã ngăn chặn việc sử dụng nước đo khói của người trồng. Tuy nhiên, gần đây một thiết bị đo nước thực tế đã được thiết kế có thể được người trồng sử dụng với chi phí thấp: máng tròn.

Đây chỉ là thông tin thô của tôi mà tôi đã chia sẻ với bạn, hơn nữa bạn cũng có thể nghiên cứu về nó

Tùy thuộc vào độ chính xác và độ tinh khiết bền vững của nước (không cần phải đặc biệt tinh khiết hay bẩn, chỉ cần giữ nguyên độ tinh khiết), một hệ thống rất rẻ sẽ là hai dây tiếp xúc với nước (ví dụ: một dây đôi có cách ly bị tước trên một bên), đắm mình trong giếng / container.

Tất cả những gì bạn cần là đo điện trở giữa hai dây; đặt điện áp cố định qua điện trở, đo điện áp rơi giữa các dây.

Nước, cho phép dòng chảy giữa các dây ở khoảng cách khác nhau làm cho chúng tạo ra điện trở khác nhau tùy thuộc vào khoảng cách chúng được ngâm. Xác định lại các phép đo hệ thống cho độ sâu cụ thể. Cả Arduino và BeagleBone đều có ADC trên tàu và các thành phần (trừ các bo mạch) sẽ dưới 3 đô la. Điều này sẽ thất bại mặc dù độ tinh khiết của nước thay đổi vì sự thay đổi về khả năng chống nước sẽ hoàn toàn cản trở việc đọc các điện trở dây tốt.

Điều này có thể được bỏ qua với một mạch tương tự như mạch này, nhưng giữ cho các dây cách ly (bao gồm cả các đầu được nhúng; một số keo nóng có lẽ?) Và ở khoảng cách cao hơn với nhau (ví dụ như dây dẫn đôi Ladder Line ) - nhưng trong trường hợp này, bạn cần một mạch phức tạp hơn một chút - một bộ tạo tần số LC với hai dây hoạt động như một tụ điện. Mực nước sẽ đóng vai trò là chất điện môi thay đổi điện dung của đường dây và bạn cần đo các thay đổi tần số trong phần mềm. Tuy nhiên, bảng mạch không nên nhiều hơn $ 15 hoặc hơn.

Tôi nghĩ mục tiêu thực tế của bạn là đo thể tích nước trong bể.

Ít nhất là đối với bể, bạn có thể áp dụng đồng hồ đo biến dạng vào đáy bể. Nhiều nước hơn trong bể có nghĩa là trọng lượng nhiều hơn, điều này có nghĩa là một lượng căng thẳng khác nhau. Mối quan hệ chính xác phụ thuộc vào cơ sở và cách bạn áp dụng máy đo.

Ưu điểm là bạn không phải bỏ bất cứ thứ gì vào trong bể. Nhược điểm là điều này sẽ không làm việc cho giếng.

RE: vì lợi ích của bạn:

Trong công nghệ địa chất, áp kế đo độ sâu của nước trong việc theo dõi các lỗ khoan.

Đây là một cảm biến chuyên nghiệp: https://www.geokon.com/4500-Series

Dưới đây là các cuộc thảo luận DIY có thể:

https://www.envirodiy.org/topic/monitoring-well-or-piezometer-water-level-sensor/

https://www.envirodiy.org/conevelop-of-water-level-monitoring-sensor-station/